第四章锅炉给水控制
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H(s) K3 3
M(s) 1T3s s
第四章锅炉给水控制
给水控制基本方案
✓单冲量（反馈）： 小容量/大型超高压（接近临界压力）锅炉
✓双冲量（比值）： 1）物质平衡（给水量~耗汽量)：水位开环控制，故
不单独 使用
2）前馈+反馈：未考虑给水量对水位的影响，在中、 小锅
炉用 ✓三冲量
（反馈+比值） （前馈-反馈、反馈）
但是，内扰迟延大和外扰时“虚假水位”明显的水 位对象，该系统存在严重的不足，简述如下：假设 某时刻发生了负荷扰动，蒸汽流量增加，蒸汽流量 大于给水流量，正确的控制作用应及时增加给水量。 但是由于虚假水位的存在使水位不是下降，而是上 升！调节器输入偏差小于0，阀门开度减小，使本来 已有的流量不平衡进一步扩大了。不难想象，虚假 水位后紧接着的是水位急剧下降，这就扩大了动态 偏差，延长了调节过程时间。另一方面，当水位下 降后，在控制作用下增加给水流量时
而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。
H(s) k2
D(s) (1T2s) s
第四章锅炉给水控制
q 炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
第四章锅炉给水控制
燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如 果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增 大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷 增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加， 而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水 位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量 相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸 汽量扰动要小一些，但其持续时间长。
第四章锅炉给水控制
单冲量控制系统结构简单，可用于内扰迟延小，外 扰时虚假水位不严重的小锅炉，也可用于大型机组 的低负荷阶段的给水控制中。这是因为在低负荷阶 段由于锅炉的疏水和排污等因素的影响，使给水流 量和蒸汽流量存在着严重的不平衡，且流量太小， 测量误差较大。同时，因汽包压力低虚假水位也不 严重，不宜采用三冲量控制。
第四章锅炉给水控制
单级三冲量给水控制系统
蒸汽流量 汽包水位 给水流量
-
第四章锅炉给水控制
PID控制器接受三个信号：H,D,W
-
+ +
+-
第四章锅炉给水控制
1．工作原理: PID控制器接受三个信号：H , D,W D信号主要作用：前馈信号，直接克服虚假水位的影响。 W 信号主要作用：是反馈信号
q 给水量扰动下水位变化的动态特性
非沸腾式
沸腾式
第四章锅炉给水控制
因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的冷
却度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是
沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器
内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用
来填补省煤器中汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过
§4 汽包锅炉给水控制
给水控制系统任务 给水控制对象的动态特性 给水控制基本方案 锅炉给水全程控制系统实例
第四章锅炉给水控制
锅炉给水控制系统的任务
任务: 使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位 保持在一定范围内，即：
（1）维持汽包水位在一定的范围内。
（2）保持稳定的给水量。 汽包水位是汽包锅炉运行中的一个重要的监控参数， 它反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持 汽包水位在一定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行 的必要条件。汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装 置的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而 烧坏，严重时会导致汽轮机进水；汽包水位过低，会 破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。
第四章锅炉给水控制
给水控制对象的动态特性
一、对象结构:
第四章锅炉给水控制
二、影响因素：
影响水位的因素主要有:
锅炉蒸发量（负荷D）
给水量W 炉膛热负荷（燃烧率M）
汽包压力Pb
需要研究
✓给水量扰动下水位变化的动态特性 ✓蒸汽流量扰动下水位的动态特性 ✓炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
第四章锅炉给水控制
一段延迟甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器
进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变
化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。
H(s) T 沸腾式省煤器的延迟时间
W(s) s 1Ts s(1Ts)为100～200s。
H(s) e s
W(s) s
非沸腾式省煤器的延迟时
间为30～100s。
第四章锅炉给水控制
q 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
第四章锅炉给水控制
注意： “虚假水位”现象
原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也 将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃
烧率M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升， 如图中曲线H2(t)所示。在开始的一段时间H2(t)的作用大 于H1(t)。当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应
第四章锅炉给水控制
单冲量给水控制系统
Ih0
给定元件
测量变送器
-Ih
调节器
来自百度文库
执行器
G 给水阀
第四章锅炉给水控制
D 过热器
H
省煤器
单冲量调节时:汽包水位测量值与汽包水 位设定值的偏差（定值减测量值，以形 成调节器输出的反作用）进入单冲量PID 调节器，PID输出控制单台运行泵的勺管 开度；
第四章锅炉给水控制
第四章锅炉给水控制
由于给水内扰通道有较大的迟延，调节效果不能及 时反映出来。这就是说，即使给水流量增加大于蒸 发量，被调量水位并不能马上上升，调节器输入偏 差持续大于0。这可能使给水流量反过来远大于蒸汽 流量，加剧了系统的振荡，延长了调节过程时间， 甚至不能满足生产过程的要求。所以，对大、中型 锅炉，不宜采用单冲量控制系统。
第四章锅炉给水控制
现在机组都是给水全程控制系统。所谓给水全程控制系 统，是指在机组启停过程和正常运行时均能实现自动操 作的控制系统。因为随着发电机组容量的增大和参数的 不断提高，机组的控制与运行管理变得越来越复杂和困 难。尤其是当机组承担变动负荷时，不仅用电负荷剧烈 变化，而且机组的启停次数也增加了。机组在启停过程 中，需要监视的参数多，而且操作控制的项目也大大增 加。这时，运行人员更需要各个自动化系统能发挥作用， 用以减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行。 因此，现代大容量单元机组迫切需要在不同负荷和工况 下都能起良好控制作用的自动控制系统，这就产生了全 程控制系统。
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第四章锅炉给水控制
给水控制基本方案
✓单冲量（反馈）： 小容量/大型超高压（接近临界压力）锅炉
✓双冲量（比值）： 1）物质平衡（给水量~耗汽量)：水位开环控制，故
不单独 使用
2）前馈+反馈：未考虑给水量对水位的影响，在中、 小锅
炉用 ✓三冲量
（反馈+比值） （前馈-反馈、反馈）
但是，内扰迟延大和外扰时“虚假水位”明显的水 位对象，该系统存在严重的不足，简述如下：假设 某时刻发生了负荷扰动，蒸汽流量增加，蒸汽流量 大于给水流量，正确的控制作用应及时增加给水量。 但是由于虚假水位的存在使水位不是下降，而是上 升！调节器输入偏差小于0，阀门开度减小，使本来 已有的流量不平衡进一步扩大了。不难想象，虚假 水位后紧接着的是水位急剧下降，这就扩大了动态 偏差，延长了调节过程时间。另一方面，当水位下 降后，在控制作用下增加给水流量时
而达到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。
H(s) k2
D(s) (1T2s) s
第四章锅炉给水控制
q 炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
第四章锅炉给水控制
燃烧率增加时，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大，如 果不调节蒸汽阀门，由于锅炉出口汽压提高，蒸汽流量也增 大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但由于在热负荷 增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加， 而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水 位先上升，从而引起“虚假水位”现象。当蒸发量与燃烧量 相适应时，水位便会迅速下降，这种“虚假水位”现象比蒸 汽量扰动要小一些，但其持续时间长。
第四章锅炉给水控制
单冲量控制系统结构简单，可用于内扰迟延小，外 扰时虚假水位不严重的小锅炉，也可用于大型机组 的低负荷阶段的给水控制中。这是因为在低负荷阶 段由于锅炉的疏水和排污等因素的影响，使给水流 量和蒸汽流量存在着严重的不平衡，且流量太小， 测量误差较大。同时，因汽包压力低虚假水位也不 严重，不宜采用三冲量控制。
第四章锅炉给水控制
单级三冲量给水控制系统
蒸汽流量 汽包水位 给水流量
-
第四章锅炉给水控制
PID控制器接受三个信号：H,D,W
-
+ +
+-
第四章锅炉给水控制
1．工作原理: PID控制器接受三个信号：H , D,W D信号主要作用：前馈信号，直接克服虚假水位的影响。 W 信号主要作用：是反馈信号
q 给水量扰动下水位变化的动态特性
非沸腾式
沸腾式
第四章锅炉给水控制
因为给水温度远低于省煤器的温度，即给水有一定的冷
却度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，特别是
沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器
内的汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内的水首先用
来填补省煤器中汽泡破灭容积减少而降低的水位，经过
§4 汽包锅炉给水控制
给水控制系统任务 给水控制对象的动态特性 给水控制基本方案 锅炉给水全程控制系统实例
第四章锅炉给水控制
锅炉给水控制系统的任务
任务: 使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包的水位 保持在一定范围内，即：
（1）维持汽包水位在一定的范围内。
（2）保持稳定的给水量。 汽包水位是汽包锅炉运行中的一个重要的监控参数， 它反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持 汽包水位在一定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行 的必要条件。汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装 置的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而 烧坏，严重时会导致汽轮机进水；汽包水位过低，会 破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。
第四章锅炉给水控制
给水控制对象的动态特性
一、对象结构:
第四章锅炉给水控制
二、影响因素：
影响水位的因素主要有:
锅炉蒸发量（负荷D）
给水量W 炉膛热负荷（燃烧率M）
汽包压力Pb
需要研究
✓给水量扰动下水位变化的动态特性 ✓蒸汽流量扰动下水位的动态特性 ✓炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
第四章锅炉给水控制
一段延迟甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器
进入汽包而使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变
化，汽包中水仍然在蒸发，因此水位也有下降趋势。
H(s) T 沸腾式省煤器的延迟时间
W(s) s 1Ts s(1Ts)为100～200s。
H(s) e s
W(s) s
非沸腾式省煤器的延迟时
间为30～100s。
第四章锅炉给水控制
q 蒸汽流量扰动下水位的动态特性
第四章锅炉给水控制
注意： “虚假水位”现象
原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也 将成比例增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃
烧率M还来不及增加，汽包中水的体积增大而水位上升， 如图中曲线H2(t)所示。在开始的一段时间H2(t)的作用大 于H1(t)。当过了一段时间后，即汽泡容积和负荷相适应
第四章锅炉给水控制
单冲量给水控制系统
Ih0
给定元件
测量变送器
-Ih
调节器
来自百度文库
执行器
G 给水阀
第四章锅炉给水控制
D 过热器
H
省煤器
单冲量调节时:汽包水位测量值与汽包水 位设定值的偏差（定值减测量值，以形 成调节器输出的反作用）进入单冲量PID 调节器，PID输出控制单台运行泵的勺管 开度；
第四章锅炉给水控制
第四章锅炉给水控制
由于给水内扰通道有较大的迟延，调节效果不能及 时反映出来。这就是说，即使给水流量增加大于蒸 发量，被调量水位并不能马上上升，调节器输入偏 差持续大于0。这可能使给水流量反过来远大于蒸汽 流量，加剧了系统的振荡，延长了调节过程时间， 甚至不能满足生产过程的要求。所以，对大、中型 锅炉，不宜采用单冲量控制系统。
第四章锅炉给水控制
现在机组都是给水全程控制系统。所谓给水全程控制系 统，是指在机组启停过程和正常运行时均能实现自动操 作的控制系统。因为随着发电机组容量的增大和参数的 不断提高，机组的控制与运行管理变得越来越复杂和困 难。尤其是当机组承担变动负荷时，不仅用电负荷剧烈 变化，而且机组的启停次数也增加了。机组在启停过程 中，需要监视的参数多，而且操作控制的项目也大大增 加。这时，运行人员更需要各个自动化系统能发挥作用， 用以减轻运行人员的劳动强度，保证机组的安全运行。 因此，现代大容量单元机组迫切需要在不同负荷和工况 下都能起良好控制作用的自动控制系统，这就产生了全 程控制系统。